活性炭對吡啶吸附的研究(jiu)

　　吡(bi)啶(ding)是(shi)一種(zhong)無色易燃液(ye)(ye)體，氣味難聞，廣泛用于制造精(jing)細化(hua)學品(pin)(pin)（如(ru)藥物、維(wei)生素、染料）、農業(ye)(ye)化(hua)學品(pin)(pin)等。因此，它在(zai)工業(ye)(ye)廢(fei)水中很常見，導致環境(jing)污染問(wen)題。這促使人們(men)開發(fa)了一些去除(chu)水溶液(ye)(ye)中污染物的方法，如(ru)生物降解、臭氧化(hua)、吸(xi)附等。

　　活性炭是吸附系統中*有效的吸附劑之一，用于從水溶液中去除有機化合物。活性炭是(shi)控制幾種芳(fang)香污染物（揮發性有(you)機(ji)化(hua)合(he)物、酚類、農藥和除草劑）的*佳可行技術之(zhi)一。此外，據報道，活性炭可以有(you)效地從水(shui)溶液中去除吡啶。

　　多孔(kong)材料的(de)(de)整體(ti)吸附速率包(bao)括三個連(lian)續步驟(zou)：外部質(zhi)量傳遞、顆粒(li)內(nei)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)和固(gu)體(ti)基(ji)質(zhi)活性(xing)位(wei)點的(de)(de)吸附。顆粒(li)內(nei)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)可能是由于(yu)(yu)孔(kong)體(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)、表面擴(kuo)(kuo)散(san)(san)或兩種機制的(de)(de)組合。孔(kong)體(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)是指(zhi)流體(ti)相中濃(nong)度(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)(即分子機制)引起的(de)(de)吸附物的(de)(de)運動，但(dan)受多孔(kong)基(ji)質(zhi)幾何(he)形狀(zhuang)的(de)(de)影(ying)響。孔(kong)體(ti)積(ji)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)僅取(qu)決于(yu)(yu)分子擴(kuo)(kuo)散(san)(san)系數和微(wei)尺度(du)(du)(du)相的(de)(de)空(kong)間分布。后一(yi)種概念定義了孔(kong)隙(xi)度(du)(du)(du)和曲折度(du)(du)(du)等多孔(kong)介質(zhi)的(de)(de)幾何(he)特性(xing)。表面擴(kuo)(kuo)散(san)(san)是指(zhi)被吸附物通(tong)過固(gu)體(ti)表面的(de)(de)運動受到(dao)相分布的(de)(de)影(ying)響； 表面濃(nong)度(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)是主要驅動力(li)。

　　在(zai)像活性(xing)炭這(zhe)(zhe)樣(yang)呈現層次結構的(de)(de)許多系統(tong)中(zhong)(zhong)，主(zhu)要挑戰(zhan)之(zhi)一是(shi)對(dui)(dui)便捷的(de)(de)觀察范(fan)圍的(de)(de)理論描(miao)述(shu)。因此(ci)，宏(hong)觀平均值足以設計和建(jian)模，但需要一種放大方(fang)法來考慮較小的(de)(de)物理尺寸。標準(zhun)程序是(shi)多種運輸(shu)問題(ti)(ti)中(zhong)(zhong)使用的(de)(de)體積平均法。考慮到均相(xiang)兩相(xiang)多孔(kong)介質中(zhong)(zhong)的(de)(de)線(xian)性(xing)等溫線(xian)，理論上升級了(le)溶(rong)質的(de)(de)擴散(san)和吸附運輸(shu)，并(bing)報告了(le)用于預(yu)測(ce)有效(xiao)性(xing)的(de)(de)相(xiang)關閉(bi)合(he)問題(ti)(ti)。隨(sui)后，將散(san)裝和表(biao)面(mian)反應(ying)的(de)(de)效(xiao)果(guo)納(na)入(ru)包裝棉線(xian)染(ran)色的(de)(de)研究，并(bing)報告了(le)預(yu)測(ce)有效(xiao)性(xing)的(de)(de)相(xiang)關問題(ti)(ti)。盡管如(ru)(ru)此(ci)，反應(ying)條件對(dui)(dui)有效(xiao)性(xing)（如(ru)(ru)有效(xiao)擴散(san)率）的(de)(de)影響尚不清楚，并(bing)在(zai)文獻中(zhong)(zhong)做了(le)一些努(nu)力來深(shen)入(ru)了(le)解這(zhe)(zhe)個問題(ti)(ti)。

　　本文從放大(da)過程(cheng)的(de)角度(du)研究(jiu)了(le)吡啶(ding)在活性炭上的(de)吸附，并確定了(le)相應的(de)有(you)效(xiao)運(yun)輸(shu)性能。微(wei)觀(guan)尺度(du)現象是通過體積平(ping)均法研究(jiu)的(de)。因此，獲得宏觀(guan)控(kong)制方程(cheng)，以有(you)效(xiao)性表示(shi)。這些方程(cheng)用于解釋實(shi)驗數據(ju)，預(yu)測(ce)孔隙和表面的(de)有(you)效(xiao)擴散率。因此，假(jia)設微(wei)觀(guan)結構具有(you)簡單的(de)幾何形狀（圓柱體和球(qiu)體的(de)有(you)序介質(zhi)）或從SEM(掃描電子顯微(wei)鏡(jing))獲取顯微(wei)照片處理的(de)圖像。此外，作(zuo)為粗略估(gu)計(ji)，報道了(le)點(dian)表面擴散率。

　　吸附平衡數據

　　使(shi)用500mL錐形瓶(ping)作為分批吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)劑獲取(qu)實(shi)驗吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平(ping)衡(heng)數據(ju)(ju)。將已(yi)知負荷活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)尼龍網(wang)袋放(fang)入燒(shao)瓶(ping)中(zhong)，然(ran)后(hou)加入吡(bi)(bi)啶(ding)溶液(ye)。恒(heng)溫持續攪拌(ban)是吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)過程。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)上(shang)吡(bi)(bi)啶(ding)的(de)(de)(de)實(shi)驗吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)平(ping)衡(heng)數據(ju)(ju)如下(xia)。將具(ju)有(you)1g 活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)和480mL尼龍網(wang)袋(在(zai)吡(bi)(bi)啶(ding)溶液(ye)中(zhong))pH = 在(zai)批量吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)器(qi)中(zhong)加入已(yi)知的(de)(de)(de)初始濃(nong)度(du)(du)。在(zai)不同pH在(zai)溫度(du)(du)下(xia)，活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)上(shang)吡(bi)(bi)啶(ding)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)?的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)進行(xing)了15次實(shi)驗。粒度(du)(du)分布分析(xi)了活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)量為0.001至0.27g范圍內的(de)(de)(de)變化。將活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)添加到(dao)溶解中(zhong)SFG對(dui)乙(yi)(yi)酰氨基(ji)酚(fen)溶液(ye)在(zai)室溫下(xia)(37).0±0.1℃)下(xia)以(yi)100rpm恒(heng)速攪拌(ban)保持4小時。然(ran)后(hou)過濾樣品(pin)5ml用于溶液(ye)提取(qu)物UV / VIS分析(xi)。對(dui)乙(yi)(yi)酰氨基(ji)酚(fen)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量通過質量平(ping)衡(heng)計算。在(zai)濃(nong)度(du)(du)分析(xi)中(zhong)使(shi)用以(yi)前建立的(de)(de)(de)線性(xing)(xing)關系。對(dui)于高濃(nong)度(du)(du)溶液(ye)，需要稀釋(shi)區(qu)域(yu)分析(xi)。將吸(xi)(xi)(xi)光度(du)(du)讀數從校準曲線中(zhong)取(qu)出，確定相應(ying)于等(deng)溫線中(zhong)每個點的(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)濃(nong)度(du)(du)。平(ping)衡(heng)時的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)量qe(mg / g)。

　　活性炭表面官能團的鑒定

　　三(san)種活性炭(3424、2852、2921和(he)1125cm -1)的(de)共同譜帶，圖 2。3424cm -1中(zhong)的(de)帶屬(shu)于(yu)堿基(ji)-OH拉(la)(la)伸(shen)。2852和(he)2921cm -1處(chu)(chu)的(de)峰(feng)值是由于(yu)脂族的(de)存在(zai)(zai)CH，CH 2和(he)CH 三(san)基(ji)團預計1125cm -1處(chu)(chu)與羧(suo)基(ji)-OH基(ji)團有關。樣品(pin)NB可分(fen)配給內(nei)酯(zhi)基(ji)團的(de)1737顯示cm -一帶，在(zai)(zai)樣品(pin)中(zhong)NE中(zhong)，在(zai)(zai)1710cm -根據報告，峰(feng)其(qi)可分(fen)配到內(nei)酯(zhi)或非芳族羧(suo)基(ji)C = O拉(la)(la)伸(shen)在(zai)(zai)1712cm -1處(chu)(chu)發(fa)生。可分(fen)配1600-1650cm-1的(de)帶C = O醌基(ji)。發(fa)現(xian)以(yi)下頻(pin)段：1652cm-1NE，1629厘米(mi)-1為NB / NE，和(he)1641厘米(mi)-1為ML。NB / NE1578cm-1的(de)常見頻(pin)帶尚未明(ming)確解釋。芳環拉(la)(la)伸(shen)對(dui)被分(fen)配到高度共軛的(de)基(ji)礎上。在(zai)(zai)2900cm -1處(chu)(chu)的(de)峰(feng)對(dui)應于(yu)以(yi)下官能團：CH，-CH 2，-CH 3。此外，波數1400和(he)1700cm -一系列中(zhong)等強度的(de)峰(feng)值可歸因于(yu)酮(tong)、酯(zhi)、醛和(he)羧(suo)酸的(de)存在(zai)(zai)C = O和(he)C = C的(de)伸(shen)長。在(zai)(zai)1038cm -1處(chu)(chu)， NE與酒精相(xiang)對(dui)應CO振動(dong)拉(la)(la)伸(shen)峰(feng)。

　　平衡等溫線

　　對乙酰(xian)氨基酚NE，NB和(he)(he)ML37活性炭實驗(yan)吸附數(shu)據(ju)℃在(zai)圖3中(zhong)繪制。等溫線表示，NB*高(gao)吸附容(rong)量(liang)和(he)(he)*高(gao)吸附容(rong)量(liang)V MICO(厘米3 /克(ke))，但由(you)于微孔(kong)和(he)(he)吸附能(neng)力之間沒有線性關系ML以較(jiao)低的(de)價(jia)值呈(cheng)現(xian)類似的(de)值Vmicro(表 2)。結(jie)(jie)果表明，活性炭的(de)吸附能(neng)力與其結(jie)(jie)構(gou)性質沒有簡單的(de)關系。它還表明，碳表面化學被認為(wei)是稀釋(shi)水溶液中(zhong)吸附機制的(de)重要因素。

　　活性炭表面對(dui)乙酰氨基(ji)酚分子的(de)(de)壓實有(you)效性與吸(xi)附(fu)位置(zhi)的(de)(de)*佳分布(bu)有(you)關。乙酰氨基(ji)酚分子處于(yu)非離子狀態SGF活性炭表面顯(xian)示活性炭面積的(de)(de)測定NB> NE> ML順(shun)序(xu)有(you)更好(hao)的(de)(de)方向。原因可能(neng)是(shi)吸(xi)附(fu)的(de)(de)活性位點分別(bie)更好(hao)地分布(bu)在結構(gou)和功能(neng)平面上。

　　本研究報告(gao)的結果表明，活性(xing)炭ML可(ke)以(yi)設想為從(cong)SGF去除對乙酰(xian)氨(an)基酚(fen)的替代吸(xi)附劑。ML與(yu)商(shang)業(ye)標(biao)準(zhun)NB和NE沒(mei)有(you)明顯的差異。CO 2等溫線表明ML有(you)相(xiang)似之處(chu)NE圖案紋理的微(wei)孔(kong)材料。從(cong)三種活性(xing)炭的比較可(ke)以(yi)看出，微(wei)孔(kong)結構和表面(mian)化學性(xing)質在定義吸(xi)附能(neng)力方(fang)面(mian)起著(zhu)關鍵作用。

　　確定(ding)對(dui)(dui)乙(yi)酰(xian)(xian)氨(an)基(ji)酚(fen)對(dui)(dui)SGF中活性(xing)炭(tan)的(de)吸附(fu)過程是(shi)自發的(de)(ΔG<0)。在大多數情況(kuang)下，這(zhe)(zhe)些模型(xing)與分(fen)析的(de)數據(ju)非(fei)常(chang)一致，這(zhe)(zhe)取(qu)決于活性(xing)炭(tan)的(de)類型(xing)。對(dui)(dui)乙(yi)酰(xian)(xian)氨(an)基(ji)酚(fen)的(de)吸附(fu)可能發生在特(te)定(ding)部(bu)位和基(ji)底區域。氧(yang)化過程雖然由(you)氧(yang)表面(mian)團進行(xing)，但(dan)之前的(de)結果表明(ming)，不僅(jin)這(zhe)(zhe)些氧(yang)基(ji)的(de)分(fen)布性(xing)質和分(fen)布變得非(fei)常(chang)重要。對(dui)(dui)乙(yi)酰(xian)(xian)氨(an)基(ji)酚(fen)分(fen)子(zi)橫截面(mian)積(ji)的(de)估(gu)計表明(ming)是(shi)肯定(ding)的(de)。